橡胶沥青混合料密实度影响因素试验分析

李文赛，徐文远

(东北林业大学 土木工程学院，黑龙江 哈尔滨 475400)



橡胶沥青混合料密实度影响因素试验分析

李文赛，徐文远

(东北林业大学 土木工程学院，黑龙江 哈尔滨 475400)

通过马歇尔击实试验对橡胶沥青混合料的胶粉参量、集料特性、击实方法等方面展开研究，分析其最大蜡封干密度、油石比和空隙率，得出影响橡胶沥青混合料密实度的因素及变化规律。试验结果表明：胶粉掺量对混合料密实度影响很小；对于龙嫩公路用混合料级配，通过优化级配来提高密实度的提升空间不大；集料吸水率对空隙率影响明显，吸水率增加1%时，混合料空隙率增大约2%；相同的马歇尔试件100次击实比75次击实空隙率减小了31%，改变击实方法空隙率仅改变了1.6%。

道路工程；橡胶沥青混合料；密实度；吸水率；马歇尔击实试验

近些年来，国内很多学者从沥青混合料的矿料组成结构出发，研究了混合料密实状态的形成原理。张肖宁[1]首先提出沥青混合料体积设计法；沙庆林[2]提出采用各档矿料的毛体积密度代替原来的表观密度，进行矿料体积指标的计算，使计算更合理。这两种设计方法总体上设计思想简单易懂，但关于橡胶沥青混合料其它性质以及施工方法对密实度的影响尚需深入研究。本试验以龙嫩公路为实体工程，对影响橡胶沥青混合料密实特性的橡胶沥青掺量、集料特性、成型方法等三个方面进行试验分析。

1试验原材料

1.1基质沥青

本试验采用的基质沥青为东北地区常用的盘锦产90#道路沥青，其基本性能指标完全符合规范要求。

1.2集料

在集料与沥青混合料拌合时会吸收一部分沥青进入石料内部，使得混合料中的自由沥青减少，也降低了有效沥青含量[3]。混合料吸水率的大小对沥青的吸附有很大影响，因此本次试验分别对龙嫩公路用东北地区集料和北京地区石灰岩进行吸水率检测，并对两种石料分别进行试验分析。吸水率检测如表1所示。

1.3橡胶沥青

本次试验橡胶粉采用细度为40目的橡胶颗粒。采用(185士5)℃，250r/min转速的强力搅拌器将沥青与橡胶粉混合搅拌90min[4]。根据该工艺配制了四种不同胶粉掺量的橡胶沥青，掺量分别为18%、20%、22%以及24%，橡胶改性沥青常规指标检测结果均满足规范要求。

1.4级配设计

本试验采用幂函数级配设计，其中4.75mm筛孔通过率分别为40%、35%、30%、25%；0.075mm通过率均为7%的四种配合比A、B、C和D。通过马歇尔实验，调整空隙率并对设计级配进行如下调整：4.75mm筛孔通过率改为30%，0.075mm筛孔通过率改为8%[5]。调整后的试验级配见表2。

2 试验项目

2.1级配类型影响

试验材料采用橡胶粉目数为40目，且参量为22%的橡胶沥青；集料采用龙嫩公路用材料。分为A、B、C、D等四种幂函数级配进行马歇尔击实试验，沥青混合料油石比分别为4.8%、5.2%、5.6%、6.0%、6.4%，试验结果汇总见表3。

由表3分析得出，B、C级配的最佳油石比较小，级配C的空隙率和矿料间隙率均达到最小值。但空隙率最小值与最大值仅相差平均值的5.4%，矿料间隙率相差平均值的7.8%，波动幅度较小。对密实度的影响因素还需其他试验进行分析。

表1东北地区集料与北京石灰岩吸水率检测结果

表2 调整后的试验级配

根据VCA的试验结果对比图可以看出，针对这种矿料，粗集料级配在2:1左右，VCA值最小；在1:3时，最大相差不足1.2%，仅为VCA平均值的2.6%。因此对于龙嫩公路用的幂函数级配类型，通过级配调整对集料间隙率影响不大，也就是说对混合料的密实度影响不大。

2.2胶粉掺量的影响

基于C级配对胶粉掺量对密实度的影响进行试验分析。采用马歇尔击实试验分别对油石比(质量百分比)为4.8%、5.2%、5.6%、6.0%、6.4%，胶粉参量为18%、20%、22%、24%进行试验分析，实验结果汇总见表4。

由表4分析得出，在相同的级配类型以及相同的试验条件下，改变胶粉掺量的沥青混合料空隙率在9.1%～9.5%范围内，波动幅度较小。所以胶粉掺量对橡胶沥青混合料的密实特性影响较小，1%的胶粉增量仅能使空隙率改变0.1%左右。

2.3 集料性质的影响

为进一步说明集料性质对橡胶沥青混合料密实特性的影响，本试验方案增加北京地区石灰岩对比试验。试验采用C级配类型，22%胶粉掺量的橡胶沥青。本次试验采用三种试验方案：一是北京地区粗集料+龙嫩公路用细集料(Ⅰ)；二是龙嫩公路用粗集料+北京地区细集料(Ⅱ)；三是龙嫩公路用粗集料+龙嫩公路用细集料(Ⅲ)，试验结果汇总见表5。

由表5分析得出，采用低吸水率集料可以显著的提高橡胶沥青混合料的密实性，空隙率下降到5%以下。同时，采用东北地区安山岩做粗集料时空隙率较大，达到了9%。可以推测在相同油石比下，采用北京地区石灰岩粗集料的混合料空隙率将远远小于东北地区安山岩用粗集料的混合料空隙率。

表4 不同胶粉掺量的沥青混合料马歇尔试验结果汇总

表5 不同性质集料马歇尔击实试验结果

表6 设定油石比对应的有效油石比

表7不同击实功、击实方式的试验结果

针对东北地区的岩石吸水率较高的特点。有必要对其吸附沥青量进行考虑，并折算有效沥青含量，或有效油石比。计算有效油石比一种方法是根据矿料吸水率计算矿料的沥青吸收系数，进而计算有效沥青含量；另一种方法是根据沥青混合料的体积参数、沥青密度，反算有效沥青含量[8]。根据两种方法分别进行试验分析，试验采用C级配，试验中矿料毛体积密度为2.668 5 g/cm3、矿料表观密度为2.796 4 g/cm3、合成吸水率为1.714%、加权系数C为0.527 7、矿料有效密度为2.736 g/cm3、沥青吸附率为0.961 2%。在设定的油石比下分别计算两种情况下对应的有效油石比，其结果如表6。

根据表6可以看出，两种算法折算的混合料中有效沥青含量均较低，导致混合料中缺乏足够的有效沥青填充混合料中的空隙。由于沥青吸附率几乎达到1%，这意味着吸附沥青过多、自由沥青过少。混合料1%的空隙率，大约相当于5 cm3。填充1 cm3的体积需要约1 g的沥青。有效沥青减少约1%的油石比相当于减少11.4 g沥青(矿料重1 140 g)，多增加约10 cm3空隙体积，混合料的空隙率增加约2%。因此采用高吸水率的石料会增大空隙率。

2.4 击实功及成型方式的影响

当前马歇尔击实和旋转压实是沥青混合料配合比设计中采用的主要方法，对于同一种混合料，马歇尔击实试件以冲击成型为主，旋转压实以揉搓成型为主[3]。两种试验方法都在一定程度上模拟了混合料现场压实成型状态，从成型方法上难以说明孰优孰劣[9]。本试验分别进行75次和100次马歇尔击实试验，和100次旋转压实试验进行对比分析。本次试验级配选用C级配，沥青采用胶粉掺量为22%的橡胶沥青，龙嫩公路用矿料，试验结果如表7所示。

由表7分析得出，增加压实功可以显著改善沥青混合料的密实特性，马歇尔击实试验中，100次击实试件与75次击实试件相比空隙率减小了31%；最大蜡封干密度增大了0.063 1 g/cm3。但在相同的压实功下，不同的压实方式对空隙率的改变较小，仅仅改变了1.6%。可见不论是冲击成型还是揉搓成型对于橡胶沥青混合料的密实特性影响不大。

3 结论

1)在相同的级配类型下，级配调整对混合料的密实度影响不大。

2)胶粉掺量对橡胶沥青混合料的密实特性影响不大，其影响可以忽略。

3)在相同油石比下，粗集料的吸水率较低时混合料密实度较大，粗集料吸水率每减小1%，空隙率可减小2%左右。

4)增大击实功可以显著的提高混合料的密实性效果，但不同的成型方式对密实度影响不大。

[1]张肖宁，王绍怀，吴旷怀，等.沥青混合料组成设计的CAVF法[J].公路，2001(12)：17-21.

[2]沙庆林.多碎石沥青混凝土SAC系列的设计和施工[M].北京：人民交通出版社，2005.

[3]王旭东，张 蕾.基于骨架嵌挤结构原理的沥青混合料均衡设计方法[M].北京：人民交通出版社，2014.

[4]张舒畅,付建峰,王选仓.橡胶颗粒沥青路面除冰效果及影响因素分析[J].河北工程大学学报：自然科学版，2014，31(4)：21-24.

[5]刘斌清，宋 柳，王选仓.矿料级配对开级配沥青稳定碎石性能影响研究[J].中外公路，2012(2)：257-260.

[6]王旭东，张 蕾.基于最紧密嵌挤状态的沥青混合料油石比确定方法[C]//中国公路学会道路工程分会理事会换届会议暨第四届(2010)国际路面养护技术论坛，2010.

[7]张晨晨.细集料干涉对沥青混合料性能的影响[D].重庆：重庆交通大学，2012.

[8]杨瑞华，李宇峙，黄云涌.集料吸水率对沥青混合料最佳油石比的影响[J].长沙交通学院学报，2006(4)：52-55.

[9]孙长军.成型方法对粗集料断级配沥青混合料配合比设计的影响[C]//中国公路学会道路工程分会理事会换届会议暨第四届(2010)国际路面养护技术论坛，2010.

(责任编辑王利君)

Analysisofthedensityofasphaltrubberstresstesting

LIWensai,XUWenyuan

(CollegeofCivilEngineering,NortheastForestryUniversity,HeilongjiangHarbin150040,China)

Marshallcompactiontestwerecarriedoutforcrumbrubberasphaltmixtureparameters,aspects,aggregateproperties,compactionmethods.Thewaxsealmaximumdrydensity,porosityandaggregateratiowereanalyzed,derivedaffectrubberasphaltvariationfactorsandcompactness.Theresultsshowthatthepowdercontentonthedensityofthemixtureisverysmall;FormixturegradationusingforLong-nenhighway,improvementroomforthedensitybyoptimizingisnotgraded;Aggregatewaterabsorptioneffectsobviouslyontheporosity.Whenwaterrateincreasesby1%,themixporosityincreasesbyabout2%;thesameMarshallspecimenwith100timescompactiontimesreducestheporosityof31%than75timescompaction;theporositychangesonlyby1.6%throughchangingthemethodofcompaction.

roadengineering;rubberasphalt;density;waterabsorption

2016-03-11

黑龙江省运输厅科技项目(HLJ20162D08)

李文赛(1991-)，男，河南开封人，硕士，从事道路工程方面研究。

1673-9469(2016)02-0069-04doi:10.3969/j.issn.1673-9469.2016.02.015

U414.1

A